Avant de concevoir PCB multicouche carte, le concepteur doit d’abord déterminer la structure de la carte de circuit utilisée en fonction de l’échelle du circuit, de la taille de la carte de circuit et des exigences de compatibilité électromagnétique (CEM), c’est-à-dire de décider s’il faut utiliser 4 couches, 6 couches ou plusieurs couches de cartes de circuit . Après avoir déterminé le nombre de couches, déterminez où placer les couches électriques internes et comment répartir les différents signaux sur ces couches. C’est le choix de la structure de pile PCB multicouche.

La structure laminée est un facteur important qui affecte les performances CEM des cartes de circuits imprimés, et c’est également un moyen important de supprimer les interférences électromagnétiques. Cet article présente le contenu pertinent de la structure de pile de cartes PCB multicouches.

Après avoir déterminé le nombre de couches d’alimentation, de masse et de signal, leur disposition relative est un sujet que tout ingénieur PCB ne peut éviter ;

Le principe général de la disposition des couches :

1. Pour déterminer la structure stratifiée d’une carte PCB multicouche, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Du point de vue du câblage, plus il y a de couches, meilleur est le câblage, mais le coût et la difficulté de fabrication des cartes augmenteront également. Pour les fabricants, que la structure stratifiée soit symétrique ou non est l’objectif auquel il faut prêter attention lors de la fabrication des cartes de circuits imprimés. Le choix du nombre de couches doit donc prendre en compte les besoins de tous les aspects pour obtenir le meilleur équilibre. Pour les concepteurs expérimentés, après avoir terminé le pré-disposition des composants, ils se concentreront sur l’analyse du goulot d’étranglement du câblage PCB. Combinez avec d’autres outils EDA pour analyser la densité de câblage de la carte de circuit imprimé ; synthétiser ensuite le nombre et les types de lignes de signaux avec des exigences de câblage spéciales, telles que des lignes différentielles, des lignes de signaux sensibles, etc., pour déterminer le nombre de couches de signaux ; puis selon le type d’alimentation, l’isolation et l’antiparasitage Les exigences pour déterminer le nombre de couches électriques internes. De cette manière, le nombre de couches de l’ensemble de la carte de circuit imprimé est essentiellement déterminé.

2. Le bas de la surface du composant (la deuxième couche) est le plan de masse, qui fournit la couche de blindage de l’appareil et le plan de référence pour le câblage supérieur ; la couche de signal sensible doit être adjacente à une couche électrique interne (couche d’alimentation/terre interne), en utilisant le grand film de cuivre de la couche électrique interne pour fournir un blindage à la couche de signal. La couche de transmission de signal à grande vitesse dans le circuit doit être une couche intermédiaire de signal et prise en sandwich entre deux couches électriques internes. De cette manière, le film de cuivre des deux couches électriques internes peut fournir un blindage électromagnétique pour la transmission de signaux à grande vitesse, et en même temps, il peut limiter efficacement le rayonnement du signal à grande vitesse entre les deux couches électriques internes sans provoquer interférence externe.

3. Toutes les couches de signal sont aussi proches que possible du plan de masse ;

4. Essayez d’éviter deux couches de signal directement adjacentes l’une à l’autre ; il est facile d’introduire une diaphonie entre des couches de signal adjacentes, ce qui entraîne une défaillance du fonctionnement du circuit. L’ajout d’un plan de masse entre les deux couches de signal permet d’éviter efficacement la diaphonie.

5. La source d’alimentation principale est aussi proche que possible de celle-ci en conséquence ;

6. Tenir compte de la symétrie de la structure stratifiée.

7. Pour la disposition des couches de la carte mère, il est difficile pour les cartes mères existantes de contrôler le câblage parallèle longue distance. Pour la fréquence de fonctionnement au niveau de la carte au-dessus de 50MHZ (reportez-vous à la situation en dessous de 50MHZ, veuillez vous détendre de manière appropriée), il est recommandé d’organiser le principe :

La surface du composant et la surface de soudage constituent un plan de masse complet (blindage) ; Aucune couche de câblage parallèle adjacente ; Toutes les couches de signal sont aussi proches que possible du plan de masse ;

Le signal clé est adjacent à la terre et ne traverse pas la cloison.

Remarque : lors de la configuration des couches PCB spécifiques, les principes ci-dessus doivent être maîtrisés de manière flexible. Sur la base de la compréhension des principes ci-dessus, en fonction des exigences réelles de la carte unique, telles que : si une couche de câblage de clé, une alimentation électrique, une division du plan de masse est requise, etc., déterminez la disposition des couches et ne ne vous contentez pas de le copier sans ménagement ou de le conserver.

8. Plusieurs couches électriques internes mises à la terre peuvent réduire efficacement l’impédance de terre. Par exemple, la couche de signal A et la couche de signal B utilisent des plans de masse séparés, ce qui peut réduire efficacement les interférences de mode commun.

La structure en couches couramment utilisée : panneau à 4 couches

Ce qui suit utilise un exemple de panneau à 4 couches pour illustrer comment optimiser l’agencement et la combinaison de diverses structures stratifiées.

Pour les panneaux à 4 couches couramment utilisés, il existe les méthodes d’empilement suivantes (de haut en bas).

(1) Siganl_1 (Haut), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Bas).

(2) Siganl_1 (Haut), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bas).

(3) POWER (Haut), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bas).

De toute évidence, l’option 3 manque de couplage efficace entre la couche de puissance et la couche de sol et ne devrait pas être adoptée.

Alors comment sélectionner les options 1 et 2 ?

Dans des circonstances normales, les concepteurs choisiront l’option 1 comme structure du panneau à 4 couches. La raison de ce choix n’est pas que l’option 2 ne peut pas être adoptée, mais que la carte PCB générale ne place des composants que sur la couche supérieure, il est donc plus approprié d’adopter l’option 1.

Mais lorsque des composants doivent être placés à la fois sur les couches supérieure et inférieure et que l’épaisseur diélectrique entre la couche d’alimentation interne et la couche de masse est importante et que le couplage est faible, il est nécessaire de déterminer quelle couche a le moins de lignes de signal. Pour l’option 1, il y a moins de lignes de signal sur la couche inférieure et un film de cuivre de grande surface peut être utilisé pour le couplage avec la couche POWER ; au contraire, si les composants sont principalement disposés sur la couche inférieure, l’option 2 doit être utilisée pour réaliser la carte.

Si une structure stratifiée est adoptée, la couche de puissance et la couche de masse sont déjà couplées. Compte tenu des exigences de symétrie, le schéma 1 est généralement adopté.

panneau à 6 couches

Après avoir terminé l’analyse de la structure stratifiée du panneau à 4 couches, voici un exemple de combinaison de panneaux à 6 couches pour illustrer l’agencement et la combinaison du panneau à 6 couches et la méthode préférée.

(1) Siganl_1 (Haut), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), puissance (Inner_4), Siganl_4 (Bas).

La solution 1 utilise 4 couches de signal et 2 couches internes d’alimentation/masse, avec plus de couches de signal, ce qui est propice au travail de câblage entre les composants, mais les défauts de cette solution sont également plus évidents, qui se manifestent sous les deux aspects suivants :

Le plan de puissance et le plan de masse sont éloignés l’un de l’autre, et ils ne sont pas suffisamment couplés.

La couche de signal Siganl_2 (Inner_2) et Siganl_3 (Inner_3) sont directement adjacentes, donc l’isolation du signal n’est pas bonne et la diaphonie est facile à se produire.

(2) Siganl_1 (Haut), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Bas).

Schéma 2 Par rapport au schéma 1, la couche de puissance et le plan de masse sont entièrement couplés, ce qui présente certains avantages par rapport au schéma 1, mais

Les couches de signaux Siganl_1 (Haut) et Siganl_2 (Inner_1) et Siganl_3 (Inner_4) et Siganl_4 (Bas) sont directement adjacentes l’une à l’autre. L’isolation du signal n’est pas bonne et le problème de diaphonie n’est pas résolu.

(3) Siganl_1 (Haut), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Bas).

Par rapport au schéma 1 et au schéma 2, le schéma 3 a une couche de signal de moins et une couche électrique interne de plus. Bien que les couches disponibles pour le câblage soient réduites, ce schéma résout les défauts communs des schémas 1 et 2.

Le plan d’alimentation et le plan de masse sont étroitement couplés.

Chaque couche de signal est directement adjacente à la couche électrique interne et est efficacement isolée des autres couches de signal, et la diaphonie n’est pas facile à se produire.

③ Siganl_2 (Inner_2) est adjacent aux deux couches électriques internes GND (Inner_1) et POWER (Inner_3), qui peuvent être utilisées pour transmettre des signaux à grande vitesse. Les deux couches électriques internes peuvent protéger efficacement les interférences du monde extérieur vers la couche Siganl_2 (Inner_2) et les interférences de Siganl_2 (Inner_2) vers le monde extérieur.

Dans tous les aspects, le schéma 3 est évidemment le plus optimisé. Dans le même temps, le schéma 3 est également une structure stratifiée couramment utilisée pour les panneaux à 6 couches. Grâce à l’analyse des deux exemples ci-dessus, je pense que le lecteur a une certaine compréhension de la structure en cascade, mais dans certains cas, un certain schéma ne peut pas répondre à toutes les exigences, ce qui nécessite de prendre en compte la priorité de divers principes de conception. Malheureusement, en raison du fait que la conception de la couche de carte de circuit imprimé est étroitement liée aux caractéristiques du circuit réel, les performances anti-interférences et l’orientation de conception des différents circuits sont différentes, de sorte qu’en fait, ces principes n’ont pas de priorité déterminée pour référence. Mais ce qui est certain, c’est que le principe de conception 2 (la couche d’alimentation interne et la couche de masse doivent être étroitement couplées) doit d’abord être respecté dans la conception, et si des signaux à grande vitesse doivent être transmis dans le circuit, alors le principe de conception 3 (Couche de transmission de signal à grande vitesse dans le circuit) Il doit s’agir de la couche intermédiaire de signal et prise en sandwich entre deux couches électriques internes) doit être satisfaite.

panneau à 10 couches

Conception de carte PCB typique à 10 couches

La séquence de câblage générale est TOP–GND—couche de signal—couche de puissance—GND—couche de signal—couche de puissance—couche de signal—GND—BOTTOM

La séquence de câblage elle-même n’est pas nécessairement fixe, mais il existe certaines normes et principes pour la restreindre : par exemple, les couches adjacentes de la couche supérieure et de la couche inférieure utilisent GND pour garantir les caractéristiques CEM de la carte unique ; par exemple, chaque couche de signal utilise de préférence la couche GND comme plan de référence ; l’alimentation utilisée dans l’ensemble de la carte unique est préférentiellement posée sur une pièce entière de cuivre ; le sensible, à grande vitesse, et a préféré aller le long de la couche intérieure du saut, etc.